基于扇区开合的管制员排班优化

为提高管制员的利用效率和工作满意度,制定出更切合实际运行的管制员排班表,从管制工作的实际需要出发,以人员需求数量最少为目标,在符合民航局各种规章要求的基础上,建立管制员排班模型。在初始模型的基础上,又考虑了人员对工作及休息时间的个性化需求,对模型进行改进。最后以某空中交通管理局区域管制室管制员数据为例进行分析,使用LINGO求解器对模型进行求解。结果表明:与手工编制的排班时间表相比,通过排班优化模型制定出的排班方案减少了执勤人数,避免了人员浪费,并能较为充分地满足管制员的个性化需求。

基于机器学习的变刚度纤维增强复合材料最小化结构柔顺性优化设计

纤维增强复合材料层合板的变刚度优化设计,通过逐点优化纤维铺角的可设计性,从而匹配结构中应力状态的空间变化,更高效地发挥纤维增强复合材料层合板在强度与刚度性能上的方向性,为设计师提供了更广阔的设计空间与设计灵活度.然而,基于梯度类算法的传统复合材料变刚度优化设计,因其设计变量众多,不可避免地在结构分析与灵敏度分析中面临大规模计算的挑战.同时,结构在概念设计阶段存在载荷工况随机性问题,如何在初始概念设计阶段,针对随机载荷工况制定高效的设计方案具有重要工程价值.近年来,随着人工智能与高性能计算的快速发展,基于传统优化获得的数据集构建端到端的机器学习模型,为实现实时的复合材料变刚度优化提供了可能.文章采用反向传播(back propagation,BP)神经网络算法,建立了基于机器学习的纤维增强复合材料变刚度优化设计方法.首先,基于正态分布纤维优化(normal distribution fiber optimization,NDFO)插值格式,构建以最小化结构柔顺度为目标的复合材料变刚度优化设计模型,考虑载荷大小与方向的随机性,获得神经网络模型训练所需的样本集数据.其次,以最小均方误差(means square error,MSE)为目标函数,采用BP神经网络模型对样本数据集进行训练.最后,建立基于皮尔逊相关系数(Pearson correlation coefficient)、均方误差的模型评价体系,对生成的神经网络模型进行评价.数值算例讨论了含圆孔MBB梁与悬臂C型梁变刚度优化设计,详细阐述了基于机器学习的复合材料变刚度优化方法的实施过程,系统地对比了所提出的基于机器学习的复合材料变刚度优化与传统基于NDFO插值格式复合材料变刚度优化设计结果在纤维铺角轨迹和目标函数的差异,验证了本方法的有效性.

轨控发动机喉部高温问题分析与抑制方法

针对发动机在稳态试车点火过程中出现的喉部单侧局部高温和焊缝温度阶跃升高的现象,导致身部涂层寿命衰减及产生了局部应力,严重危害发动机可靠性的问题,采用CFD仿真对头部喷注器结构建模,结合流阻数学模型进行优化分析,优化流道内的分配结构,实现降低喷注流阻的同时改善撞击对流量造成的不均匀性问题,并通过调整撞击参数,优化燃烧组织和边区液膜冷却方案,优化边区混合比,同时降低了喉部温度和周向温差。改进后的发动机经过试验验证,在性能不变的情况下使高空模拟热试车喉部温度由近1500℃下降至1270℃,头身焊缝处温度由520℃下降至310℃,发动机身部周向温度差控制在50℃以内,有效地解决了发动机喉部的高温问题,提升了发动机的使用寿命和工作可靠性。

靠墙直杆下滑过程的力学分析

靠墙直杆下滑问题模型对培养学生应用所学力学知识解决实际力学问题的能力具有较重要意义。本文分析了质量分布均匀的靠墙直杆的下滑过程,通过建立杆下滑过程物理模型,推导了杆下滑过程中的质心轨迹方程以及动力学方程;求解了不同条件下的动力学方程,得出了杆下滑过程的运动规律。文章重点讨论了杆在墙角静止(平衡)的条件,重点分析杆在下滑过程所受的支持力,不同接触面和初始条件下杆和墙分离的临界角,以及杆脱离墙面后的运动规律。

巧用体力与面力的变换求解非常体力弹性力学问题

在弹性力学问题的求解中,考虑体力的计算比考虑面力的计算要复杂很多,而且在力学实验中模拟体力的载荷条件通常也比较困难。因此,将体力转化为面力,可以简化弹性力学问题的求解,并且对于实验设计,也可提供极大的方便。本文以两个典型平面问题为例,分别探讨了在直角坐标系和极坐标系下对非常体力的处理方法,为实验的设计提供了新的思路,有助于学生灵活运用弹性力学理论解决实际工程问题,具有一定的工程应用价值和教学实践意义。

用于验证数值仿真的Whipple屏超高速撞击试验结果

为提供验证超高速撞击数值仿真所需的试验结果,给出了在中国空气动力研究与发展中心超高速所进行的铝质Whipple屏超高速撞击试验部分结果.试验中,球形弹丸均为LY12铝合金材料,直径为0.4～0.5cm;靶材为间距10cm、厚0.192cm的LY12板材.撞击速度为4.47～6.15km/s,撞击角为0°和45°.给出的试验结果包括弹丸和靶材参数、撞击速度、撞击角、弹孔尺寸、后墙损伤情况和碎片云激光阴影照片等.实验结果表明,撞击速度越高,Whipple屏的防护效果越好,而斜撞击比正向撞击造成的破坏更严重.

弹丸超高速撞击单层和多层板结构的碎片特征研究

针对空间碎片撞击航天器典型结构形成的碎片特征问题,开展了单层板和多层板在4.4～5.8km/s速度下的超高速撞击试验,利用激光阴影照相技术和碎片软回收方法获得了不同试验状态下碎片尺寸及质量分布等信息,同时采用数值仿真方法分析了碎片的形成机理。研究结果表明,碎片数量随弹丸及靶材尺度的增大、撞击速度的提高而增加,且随碎片尺寸的减小呈指数关系增长。碎片尺寸与其形成机理有关,小碎片主要是在应变率较高的冲击加载和相变作用下形成,对撞击速度的变化更为敏感;大碎片则是在较低应变率下,因靶材的穿孔损伤造成局部强度下降,在冲击作用下材料沿薄弱处撕裂并脱落而形成。

一种AMR磁罗盘的误差建模与校准方法

针对传统磁罗盘硬磁校准时容易受到外界干扰,标定校准为相对值的问题,详细分析了AMR(Anisotropic Magneto Resistance,各向异性磁阻效应)磁罗盘的系统误差并建立其误差模型,提出了标量校准方法用于磁罗盘的硬磁标定校准.与传统方法相比,该方法不需要确切的航向参考值,利用任意多位置下的大量测试数据通过迭代求取校准参数的最优解,通过施加约束避免校准过程中磁干扰的影响,并且校准值为绝对矢量.经过硬磁校准,磁罗盘航向精度提高7倍.实验结果验证了该方法的有效性和实用性.

基于数值模拟的轴对称矢量喷管内流特性研究

采用三维有粘定常程序计算了轴对称矢量喷管的内流特性,研究了尺寸缩比、冷热态的影响,并与冷态缩比模型矢量特性试验结果进行了对比;给出了设计工况的内流特性,讨论了几何矢量角、喷管落压比对内流特性的影响.研究结果表明,尺寸缩比、冷热态对内流特性的影响均很小,冷态缩比模型试验结果可以真实地反映设计工况的内流特性,轴对称矢量喷管在设计工况下具有良好的内流特性,并且几何矢量角、喷管落压比对内流特性均有影响.

一种小功率孔形阳极喷嘴等离子体炬的研究

为了提高小功率等离子体炬的综合性能,研制了一种新型具有孔形阳极喷嘴的小功率等离子体炬,功率1~5kW。采用流体模拟计算的方法,计算了喷嘴出口附近射流的流场结构特点。通过实验分别测试了采用氩气、氮气作为工质气体时等离子体炬的运行电流和电压,观察了等离子体射流形态和电极烧蚀情况,通过测量等离子体射流前方中心轴线位置处的光谱的方法计算射流温度,采用气体分析仪测量了等离子体射流附近的二氧化氮浓度。测得的试验数据显示相同工质流率和电流条件下,氮气等离子体射流运行电压远高于氩气,而光谱测得氩气射流的温度远高于氮气。氮气等离子体射流和外界空气接触产生了少量的副产物二氧化氮(低于10mL/m3),而氩气等离子体射流附近无二氧化氮产生。

平面问题中悬臂梁固支边界条件的简化方法

弹性力学在处理梁的固支边界条件时,基于应变分量积分得到的位移表达式通常比较复杂,无法精确满足固支边界条件,因而只能求得近似解。本文采用固支边界中点的位移约束,结合最小二乘法重新定义了固支边界条件,实现了对梁的位移的准确求解。比较不同边界条件提法的差异,将有助于学生灵活掌握边界条件的简化方法,为开展研究性教学提供素材。

引射器活门调节机构的流固热耦合特性

针对船用燃气轮机引射器活门调节机构多场耦合下的结构强度问题,建立了引射器三维流场以及活门阀片的结构模型,采用计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)方法,分别对流场进行了稳态与瞬态仿真分析.将瞬态仿真的结果作为有限元模型的边界条件,进行了包含热、气动和离心载荷的顺序单向流固热耦合分析.结果表明,相较于稳态仿真,瞬态仿真结果的趋势相近但压差更大.时变载荷的稳态求解,可能导致强度的估计不足.对活门调节机构而言,热载荷对机构阀片的变形、应力起到主要作用,气动载荷所导致的弯曲应力可以抵消一部分热载荷导致的弯曲应力,而离心载荷对机构的影响较小,可以忽略.所采用的分析方法可用于引射器活门调节机构等典型运动调节机构的结构设计与优化.

某型靶弹飞行弹道与控制规律的设计与仿真

针对某型靶弹的结构特点和飞行任务，分析了其飞行控制系统的主要功能。合理规划了全程的弹道并进行姿态控制规律的设计，确保靶弹顺利完成爬升、转弯、下滑拉平和定高平飞四个阶段的飞行任务．同时有效的抑制了助推级分离和阵风所引起的干扰。根据真实的气动数据建立了靶弹的空气动力学模型，通过半实物仿真验证了控制规律的实用性和有效性。

射流角度和壁面曲率对撞壁液膜的影响

射流角度和壁面曲率是空间液体火箭发动机液膜冷却设计的重要参数,通过实验研究了入射角和壁面曲率半径对射流撞壁液膜形态和液膜厚度的影响;实验中液膜厚度的测量采用探针法法测量。对射流撞壁的溅射现象进行的分析表明,射流由壁面附着状态转变为液滴飞溅状态的临界We数为214.1,射流撞壁后由附壁状态转变为溅射状态的临界入射角度为23.1°,根据液体火箭发动机冷却的需要可以选择合适的射流角度。

涡喷发动机叶片振动的线弹断裂力学分析

分析了涡轮喷气发动机的振动与线弹性断裂力学（ＬＥＦＭ）的关系。以叶片为例，将Ｇｒｉｆｆｉｔｈ准则和叶片的振动应力，特别是共振应力联系起来分析。接着用振动与晶体变形的关系来分析各种裂纹扩展的原因和条件以及叶片共振时各种裂纹叠加的可能性。

蓄压器膜盒机械刚度对液体火箭POGO振动影响研究

在以往的POGO分析中,蓄压器的模型并未考虑膜盒机械刚度。但试验表明,蓄压器金属膜盒具有一定机械刚度,尤其是在受到较大压缩时,机械刚度会很大。较大的机械刚度会降低蓄压器的总柔度,影响蓄压器对POGO的抑制效果。基于气液接触面的力平衡条件和流量连续方程,推导了考虑膜盒机械刚度的蓄压器动力学模型。并将新模型应用于某型号火箭的POGO稳定分析,分析了蓄压器膜盒刚度对POGO稳定性的影响。仿真结果表明,考虑膜盒机械刚度的蓄压器动力学模型比传统模型有更高的计算精度。因此在工程实际中考虑膜盒机械刚度的POGO稳定性分析结果更加准确可靠。

冲压发动机管路断裂故障分析及结构改进

针对发动机管路系统断裂故障,开展故障机理分析。通过软件仿真和试验相结合的结构模态分析,找出模态振型与疲劳破坏的联系,对管路结构断裂故障原因进行初步定位和定性分析。利用ANSYS nCode DesignLife软件对结构开展随机振动疲劳寿命计算,总结了随机振动疲劳计算流程和设计方法。仿真预示的管路结构断裂位置与试验结果基本一致。提出多个结构改进方案,利用振动疲劳仿真计算对不同改进结构进行定量的疲劳寿命预测,优选出最佳方案。优化方案提高了管路结构的抗振性能,降低了RMS应力值和损伤,在主要破坏工况(x向振动)疲劳损伤寿命提高到3.2×107 s,其余振动方向疲劳损伤寿命分别提高到202%(y向)和190%(z向)。通过试验考核验证改进措施有效。

新时期设备管理问题及对策研究分析

随着经济的发展,社会的进步,强化石油企业的设备管理,对企业的发展具有重要的意义。然而石油企业在生产设备的管理过程中,依然具有众多急需解决的问题,应该引起业界的重视和关注。本文以新时期石油企业发展为背景,结合实际情况,对解决设备管理问题的相关方法进行分析。

流路参数对收扩喷管内流特性影响的数值研究

用经冷态缩比模型内流特性试验验证的三维有黏定常程序,对某轴对称收扩喷管进行了收敛调节片长度、喉道圆弧半径、扩张调节片长度和喷管扩张面积比对内流特性影响规律的计算研究.研究结果表明:收敛调节片长度和喉道圆弧半径主要是对收敛半角较大工况的流量系数有一定的影响,可以在确保收敛半角小于45°前提下适当减小收敛调节片长度;扩张调节片长度和喷管扩张面积比主要是对推力系数影响较大,扩张调节片长度和喷管扩张面积比的选择应在确保扩张半角小于16°前提下力争气流完全膨胀.